Фізики відкрили нову квантову фазу матерії на межі двох матеріалів

Вчені з Ратгерського університету виявили новий квантовий стан матерії на межі двох незвичайних матеріалів — вейлівського напівметалу та магнітного спінового льоду.

У лабораторному експерименті, проведеному за екстремальних умов надвисоких магнітних полів і наднизьких температур, дослідники спостерігали явище, коли електрони рухаються у шести нетипових напрямках з мінімальною провідністю, що раніше ніколи не фіксувалося. Цей ефект, відомий як електронна анізотропія та пов’язаний із порушенням обертальної симетрії, вказує на формування нового квантового стану — квантового рідкого кристалу.

Особливість відкриття полягає в тому, що магнітні властивості спінового льоду впливають на електронні властивості вейлівського напівметалу на межі їх контакту. При збільшенні магнітного поля електрони раптово починають рухатися лише у двох протилежних напрямках, що ще більше підкреслює незвичність цього стану.

Це відкриття може стати основою для створення надчутливих квантових сенсорів магнітних полів, здатних працювати в екстремальних умовах, наприклад у космосі або всередині потужних машин. Вейлівські напівметали відомі своєю здатністю проводити електрику без втрат завдяки вейлівським ферміонам, а спіновий лід має впорядкування магнітних моментів, схоже на структуру атомів водню в крижаній решітці.

Дослідження стало можливим завдяки унікальній гетероструктурі, створеній з цих двох матеріалів. Для цього команда розробила спеціальну установку Q-DiP (Quantum phenomena discovery platform), яка дозволяє будувати надтонкі атомні шари з необхідними квантовими властивостями.

Як зазначає перший автор роботи Цзун-Чі Ву, «це лише початок — ми сподіваємося, що наша робота надихне фізичну спільноту досліджувати нові фронтири квантових матеріалів».